皱纹盘鲍基因组单核苷酸多态标记开发与应用

本研究利用皱纹盘鲍的EST序列进行单核苷酸多态（SNP）标记开发；对等位基因特异性PCR（AS-PCR）方法进行了优化，使之适合SNP基因型分析；对一个作图家系开发基因相关SNP标记，并对标记在子代个体中的分离情况进行了分析，探讨了借助SNP在遗传连锁图谱上定位功能基因的方法。 对大约5800条EST序列进行拼接，共获得含有4条以上序列的contig 150个，在86个含有单碱基突变位点的contigs中发现SNP 302个，碱基置换类型A/G（C/T）、A/C（G/T）、A/T、C/G的位点数目分别为147、90、21、16个。50个contigs在BLASTx分析后具有匹配（E值小于1E-5），其中的220个SNPs全部为同义cSNPs，位于遗传密码子的第三简并位。粗略估算，皱纹盘鲍核基因组中SNP的平均分布密度不低于1%。 通过扩增DNA pool后产物直接测序共验证了28个SNP。PCR直接测序法操作简单，结果可靠，一次测序可能验证多个位点，有时还可以发现新的突变位点。通过重点研究引物3’端不同错配对PCR扩增的影响，对AS-PCR的引物设计原则及反应条件进行了探讨及优化，发现在AS引物的3’端倒数第二位引入额外的强错配后，AS-PCR检测SNP的特异性会得到很大的提高，从而使AS-PCR可以满足小规模的SNP基因型分析。 根据EST-contig或者单一的EST序列设计PCR引物74组，其中43组可以特异扩增皱纹盘鲍基因组DNA。用这些引物扩增一个作图家系的父母本，并对PCR产物纯化后分别进行双向直接测序，在18个基因片段中发现了86个SNP，其中82个是新SNP，并且绝大多数SNP位于内含子序列中。这些SNP在父母本中的基因型，在多数情形下，是一方为纯合（AA），而另一方为杂合（AB）；父母本均为杂合和均为纯合的形式则较少。在父母本中杂合形式的SNP位点，理论上可以在子代中发生分离。 在每个基因的内含子中选择父母本基因型为AA×AB或者AB×AA的SNP位点，设计AS-PCR分型引物并检测123个子代个体的基因型。在对9个基因中的11个SNP位点（包括5个母本标记和6个父本标记）进行子代基因型分析后发现，2个位点不符合孟德尔1：1分离（P < 0.05），符合预期分离比率的9个位点存在较大可能定位于遗传连锁图谱。通过分析两组父母本标记（F142和M142，F459和M459）发现，在根据父母本序列设计SNP分型引物时，可以设计指向同一基因的成对的父母本标记，从而使两个单亲标记可作为一个共同标记使用。

长牡蛎SNP标记的开发及多态性检测

长牡蛎是重要的经济养殖贝类，良种化、抗逆性状及快速生长个体的培育是长牡蛎养殖业得以持续发展的基础。目前飞速发展的分子标记辅助育种技术为优良品种的快速培育提供了理论基础和实践经验。本研究以长牡蛎为主要研究材料，探讨了长牡蛎SNP标记的筛选和多态性评价。 本研究利用已有长牡蛎EST库中的序列进行单核苷酸多态（SNP）标记开发。通过对长牡蛎（Crassostrea gigas）已有的EST序列数据库检索，经过序列聚类和拼接得到EST簇4548个，含有不少于4条EST序列的簇共1079个，经过进一步设置筛选条件，整理出可供利用的EST簇313个，得到候选SNP位点共计1140个。目前根据候选SNP位点共设计引物82组，通过片段长度差异等位基因特异性PCR（fragment length discrepant allele specific PCR，FLDAS-PCR）的分型方法，在一野生群体中进行检测和验证，结果共有17个SNP候选位点显示多态性，期望杂合度分布区间为0.088至0.506，观测杂合度分布区间为0.091至0.667；通过哈代-温伯格(HW) 平衡、连锁不平衡检验，结果显示除3个SNP位点的差异显著（P值<0.05）,不符合HW平衡之外，其他14个位点没有明显的连锁不平衡。对含有17个SNP的EST的共同序列进行BlastX分析，推测其功能并确定开放阅读框，从而预测17个SNP的性质。 本研究表明对于目前基因组学研究尚处在初级阶段的海洋生物物种，通过基于EST数据库的SNP开发是一条重要途径，可以有效弥补海洋生物基因组学滞后影响SNP标记开发的现状。

海湾扇贝超氧化物歧化酶家族基因结构、表达和多态性分析

海湾扇贝Argopecten irradian Lamarck于1982年从美国引种到中国，由于具有较快的生长速度和很高的经济效益，海湾扇贝成为中国最主要的养殖贝类之一。近年来海湾扇贝养殖遇到了死亡率高等问题，深入开展海湾扇贝功能基因的研究，尤其是免疫相关基因及其机制研究并在此基础上寻找扇贝疾病防治的有效方法对海湾扇贝的健康养殖十分重要。 对于贝类免疫系统来说，其血细胞在先天性免疫防御中起着重要的作用。当受到外界病原侵染时，贝类血细胞的一个重要免疫反应就是吞噬作用。在吞噬病原过程中，受到病原侵染的贝类还会产生其他多种免疫反应，这些免疫反应将消耗大量的能量（ATP），产能的呼吸链会加速运转，由此也会引发与呼吸链相耦联的活性氧（ROS）的大量产生。这些活性氧具有极强的反应特性，能破坏病原微生物的结构和功能分子，实现对入侵病原的杀灭。利用活性氧对被吞噬的病原进行杀灭，这是吞噬作用消除病原抵御侵染的重要机制。但由于活性氧分子反应的非特异性，它们也会破坏宿主机体细胞内的功能蛋白分子、不饱和脂肪酸分子和核酸等，对细胞造成严重的伤害，进而导致机体生理机能的损伤和免疫系统的破坏。所以，及时消除病原感染机体内过量产生的ROS，维持相关细胞的正常代谢，对提高机体抵抗力和免疫力具有重要的作用。O2-是生物体内产生的第一种活性氧分子，其他的活性氧分子也是由它衍生而来，消除过量O2-是消除过量活性氧危害的第一步也是关键一步。生物体内，超氧化物歧化酶（SOD）是催化O2-发生歧化反应，消除O2-的关键酶。 首先，本文通过RACE方法获得了海湾扇贝SOD家族全部三种基因的cDNA全长并对其进行了序列的生物信息学分析，海湾扇贝AiCuZnSOD全长cDNA为1047个碱基，其中开放阅读框为459个碱基，编码152个氨基酸，与栉孔扇贝Chlamys farreri的CuZnSOD相似度为77.5%，与长牡蛎Crassostrea gigas的相似度为75%，与人的相似度为74.7%。AiMnSOD全长cDNA为1207个碱基，其中开放阅读框为678个碱基，编码226个氨基酸，序列比对结果发现AiMnSOD的氨基酸序列与虾夷扇贝Mizuhopecten yessoensis和皱纹盘鲍Haliotis discus hannai的相似度分别为85%和78.4%，与哺乳动物相似度也在68%~72%之间。AiECSOD全长cDNA为893个碱基，其中开放阅读框为657个碱基，编码218个氨基酸。AiECSOD与其它物种ECSOD相似度比较低。与线虫Brugia pahangi的相似度为27.9%，与疟蚊Anopheles gambiae的相似度为31.4%，与斑马鱼Danio rerio的相似度为27.8%，与人的相似度也只有28.6%，与同是贝类的长牡蛎ECSOD也只有28.1%的相似性。主要原因是AiECSOD的信号肽和肝磷脂结合区域在各物种中无同源性。 其次，采用qRT-PCR（quantitative real time PCR）方法分析三种SOD基因在不同组织中的表达情况，结果表明三种SOD基因的组织表达有所差异。AiCuZnSOD基因在鳃中表达水平最高，其次是血细胞和性腺，在外套膜、闭壳肌和肝胰脏表达水平较低。AiMnSOD基因在鳃中表达水平最高，其次是外套膜，在血细胞、性腺，而在肝胰脏和闭壳肌表达较弱。AiECSOD基因在血细胞中表达水平最高，其次是肝胰脏，在鳃、闭壳肌表达水平较低，而性腺和外套膜没有检测到。同时，采用qRT-PCR对鳗弧菌Vibrio angullarum感染后海湾扇贝血细胞中三种SOD基因mRNA表达变化进行了检测。AiCuZnSOD表达量在各个时间段没有显著差异(P > 0.05)。AiMnSOD的表达量在1.5 h时略有下降，在3 h时达到最高表达量，是空白组（0h）的3倍(P < 0.01)，从6 h到24 h表达量逐渐下降，24 h时表达量是空白组的1.6倍，24 h到48 h又稍有升高。AiECSOD的表达量在1.5 h时有所下降，是空白组的0.3倍（P < 0.05)，随后逐渐升高，在12 h时达到最高表达量，是空白组（0h）的4.5倍（P < 0.01），从24 h到48 h表达量逐渐下降并恢复到空白组的水平。在对照组，各个时间点没有显著差异（P > 0.05）。在鳗弧菌感染后，海湾扇贝三种SOD的表达并不一致，且差异比较显著。AiCuZnSOD被认为是构成性表达基因，其受外界刺激的影响最小，AiMnSOD和AiECSOD受刺激后表达上调比较明显。 第三，采用Genome-walking的方法得到了海湾扇贝三种SOD基因的基因组全长和近端启动子序列并对其进行了相关分析。AiCuZnSOD的基因组序列全长为4279bp，包含有4个外显子和3个内含子。AiMnSOD的基因组序列全长为10692bp，包含有4个外显子和3个内含子。AiECSOD的基因组序列全长为5276bp，包含有5个外显子和4个内含子。三种基因外显子和内含子的结合处序列遵循-AT/GT-原则。我们把海湾扇贝SOD家族的三个基因的近端启动子进行了比较分析。发现三种SOD在靠近起始密码子的位置都有Oct-1结合位点。三种SOD共有的转录位点有：Oct-1、C/EBPalp、Oct2.1、Sp-1和GATA-1。AiCuZnSOD和AiMnSOD共有的转录位点有：ICSBP、Ftz、TATA-box、C/EBPbeta和Antp。AiCuZnSOD和AiECSOD共有的转录位点有：AP-1和NFκB。AiMnSOD和AiECSOD共有的转录位点有：GR和ER。AiCuZnSOD独有的位点有：SRF、YY-1和NF-1。AiMnSOD独有的位点有：HNF-1、Hb、MEB、NF-muE1、Pit-1a和Eve。AiECSOD独有的位点有：CREB、RATA-alph、Kruppel-like和AP-3。 此外，通过构建原核表达载体，本研究对AiCuZnSOD和AiECSOD基因进行了体外重组表达，并对纯化的重组蛋白进行了酶活分析。酶活分析表明，重组AiCuZnSOD蛋白有较高的酶活和稳定性。 最后，我们对海湾扇贝三种SOD基因的部分区域，包括启动子、编码区，部分内含子区域进行了SNP检测，并对SOD基因部分SNP位点多态性和鳗弧菌敏感性进行了相关分析。三种SOD基因中，我们共发现了59个SNP位点，其中AiECSOD的SNP位点最多，特别是在启动子区，AiCuZnSOD和AiMnSOD多态性较低。其中AiCuZnSOD启动子区的-1739 T-C 位点的基因型和等位基因，AiECSOD启动子区的-498 A-T和-267 G-A等位基因频率，AiECSOD的第一个外显子38 Thr-Lys的多态性在敏感和抗菌群体中存在显著差异（P < 0.05）。

Characterization of 12 single nucleotide polymorphisms (SNPs) in Pacific abalone, Haliotis discus hannai

We report here for the first time 12 polymorphic single nucleotide polymorphisms (SNPs) in a commercially important gastropod, Pacific abalone (Haliotis discus hannai) that were identified by searching expressed sequence tag database. These SNP loci (seven nuclear and five mitochondrial SNPs) were polymorphic among 37 wild abalone individuals, based on a four-primer allele-specific polymerase chain reaction analysis. All loci had two alleles and the minor allele frequency ranged from 0.027 to 0.473. For the seven nuclear SNPs, the expected and observed heterozygosities ranged from 0.053 to 0.499 and from 0.054 to 0.811, respectively.

Identification and mapping of amplified fragment length polymorphism markers linked to shell color in bay scallop, Argopecten irradians irradians (Lamarck, 1819)

Amplified fragment length polymorphisms (AFLP) were used to study the inheritance of shell color in Argopecten irradians. Two scallops, one with orange and the other with white shells, were used as parents to produce four F-1 families by selfing and outcrossing. Eighty-eight progeny, 37 orange and 51 white, were randomly selected from one of the families for segregation and mapping analysis with AFLP and microsatellite markers. Twenty-five AFLP primer pairs were screened, yielding 1138 fragments, among which 148 (13.0%) were polymorphic in two parents and segregated in progeny. Six AFLP markers showed significant (P < 0.05) association with shell color. All six loci were mapped to one linkage group. One of the markers, F1f335, is completely linked to the gene for orange shell, which we designated as Orange1, without any recombination in the progeny we sampled. The marker was amplified in the orange parent and all orange progeny, but absent in the white parent and all the white progeny. The close linkage between F1f335 and Orange1 was validated using bulk segregation analysis in two natural populations, and all our data indicate that F1f335 is specific for the shell color gene, Orange1. The genomic mapping of a shell color gene in bay scallop improves our understanding of shell color inheritance and may contribute to the breeding of molluscs with desired shell colors.

Its length polymorphism in oysters and its use in species identification

In an effort to develop genetic markers for oyster identification, we studied length polymorphism in internal transcribed spacers (ITS) between major ribosomal RNA genes in 12 common species of Ostreidae: Crassostrea virginica, C. rhizophorae, C. gigas, C. angulata, C. sikamea, C. ariakensis, C. hongkongensis, Saccostrea echinata, S. glomerata, Ostrea angasi, O. edulis, and O. conchaphila. We designed two pairs of primers and optimized PCR conditions for simultaneous amplification of ITS 1 and ITS2 in a single PCR. Amplification was successful in all 12 species, and PCR products were visualized on high-resolution agarose gels. ITS2 was longer than ITS 1 in all Crassostrea and Saccostrea species, whereas they were about the same size in the three Ostrea species. No intraspecific variation in ITS length was detected. Among species, the length of ITS I and ITS2 was polymorphic and provided unique identification of 8 species or species pairs: C. ariakensis, C. hongkongensis, C. sikamea, O. conchaphila, C. virginica/C. rhizophorae, C. gigas/C. angulata, S. echinata/S. glonzerata, and O. angasi/O. edulis. The ITS assay provides simple, rapid and effective identification of C. ariakensis and several other oyster species. Because the primer sequences are conserved, the ITS assay may be useful in the identification of other bivalve species.